未来，基因开关植入体内或可直接控制血糖
如今，随着人们生活水平的不断提高，糖尿病患者逐渐增多，并有年轻化趋势。糖尿病已然成为威胁人类健康和生命的一大杀手。多年来，科学家始终致力于实验研究，试图帮助患者控制或减轻高血糖带来的困扰。
相信很多糖尿病患者都有过这样的梦想，那就是，尽情地享用咖啡、甜点而不需再担心血糖升高。在一个阳光明媚的早晨，吃过幸福的早餐后，用Apple Watch浏览一下早间新闻，同时用它分泌点儿胰岛素以避免餐后血糖升高。放在以前，这听上去绝对匪夷所思，而如今这个令糖尿病患者梦寐以求的事被来自瑞士的科学家们实现了。他们依靠的是神奇的绿光。
研究这项成果的是瑞士苏黎世联邦理工学院和巴塞尔大学的科学家，他们发明了一种基因开关。将其植入皮下后，只要你的 Apple Watch 一亮，身体就会自动分泌胰岛素。
该基因开关无需依靠任何独立开发的 APP，只要接收电子可穿戴设备发出绿光便可以被激活。
这篇题为 “Smart-watch-programmed green-light-operated percutaneous control of therapeutic transgenes” 的研究论文，在线发表在国际知名期刊 Nature Communications 上。
（来源：Nature Communications）
目前，我们可以使用 Apple Watch 等智能可穿戴电子设备监测各种健康数据，如心率、血压和睡眠等。但对进行此次研究的科学家们来说，智能手表可不仅仅是被用来简单地记录数据。他们认为，用光感应完全可以让用户远程控制皮下植入组织，从而对自身进行治疗。为了完成这项任务，他们需要思考如何让 “基因” 连接成网络，让细胞来完成各种任务，而这就叫作合成生物学。传统的化学诱导剂往往受副作用、生物利用度（bioavailability）或药效学的限制。相比之下，光可以以非侵入性的方式远程控制细胞行为，从而改变基因的表达。
而用紫外光、蓝光、红光、远红光或近红外光控制的基因开关或光感受器（photoreceptors）受到各种限制，阻碍了它们在临床上的应用。在此次研究中，科学家们想到了神奇的绿光，并构建了基因开关 Glow Control。“人类细胞的分子系统不能自然地对绿光作出反应，所以我们构建了 Glow Control。” 论文通讯作者 Martin Fussenegger 说。
具体来说，Glow Control 主要由两部分组成。 一部分是对绿光敏感的连接在细胞膜上的嗜热菌（Thermus thermophilus，TtCBD）光感受器，另一部分是人工合成的转录因子。 在绿光照射下，转录因子便会脱离原位进入靶向细胞核，从而激发胰岛素基因的改变。 当绿光熄灭时，转录因子便会重新和细胞膜上的光感受器连接。
那么，如何测试 Glow Control 的有效性呢？研究人员将人类细胞植入到小鼠身上，然后对小鼠进行了绿光的全方位照射。他们或者将 Apple Watch 像背包一样绑在了小鼠的背上，或者在笼子的顶部安装了一排排的绿色 LED 灯，为小鼠进行绿光 “淋浴”。有趣的是，在 Apple Watch “背包” 和绿光 “淋浴” 照射下的小鼠每天持续照射 3 小时，持续 2 天，其报告基因 SEAP（分泌型碱性磷酸酶）表达水平相似。报告认为，LED 灯可以很容易地控制不同的光强和曝光时间。当设定每分钟提供 15 秒的照明，持续 12 小时时会比 Apple Watch 诱导出更高水平的 SEAP。
背着 Apple Watch 的小鼠（来源：Nature Communications）
此外，为了验证 Glow Control 的临床性能，研究团队用 Apple Watch 的绿光诱导用于治疗 2 型糖尿病的 hGLP-1（GLP-1 受体激动剂类降糖药物）水平。与未光照对照组相比，皮下植入 Glow Control 的 2 型糖尿病小鼠血液中 hGLP-1 水平升高，葡萄糖耐量试验显示血糖漂移（glycemic excursions）减弱。此外，在为期 12 天的治疗期间，植入 Glow Control 的小鼠空腹血糖水平明显降低、 胰岛素抵抗减弱，体重增加减少。这些结果验证了该系统可用于治疗实验性 2 型糖尿病的作用。
对于这项发明，Martin Fussenegger 表示，“这是第一次由商业可用的智能可穿戴设备直接控制类似的人体植入系统。”
据论文描述，Glow Control 系统在功能上将光遗传干预与现实世界中的可穿戴电子设备连接起来，为实时遥控基于细胞疗法的疾病管理或改善生活方式提供了可能，此外还能借助人工智能（AI）算法以自动和非侵入的方式控制疾病，将健康干预从改善症状向疾病治疗转变。这将是对可穿戴设备现有功能的极大扩展。
不过，这些先进的监测设备缺乏直接的、基于生物信号反馈基础上的干预能力。Glow Control 用 Apple Watch 自带的非侵入性绿色 LED 灯填补了监测和干预之间的空缺。
论文通讯作者MartinFussenegger 承认，这种技术至少在 10 年内不太可能进入临床实践，因为 Glow Control 的细胞将必须由用户自己的细胞来替代。 到目前为止，只有极少数的细胞疗法得到批准。但是他表示，这并不能妨碍人们对未来科技的憧憬。疾病和残疾给人类带来了无限的痛苦，但在征服它们的道路上，也许终有一天我们可以突破自我物理的边界。
（本文参考学术头条编写）
